CN110995096B - 一种无轴承无铁心永磁电机悬浮力预测控制系统 - Google Patents

一种无轴承无铁心永磁电机悬浮力预测控制系统 Download PDF

Info

Publication number
CN110995096B
CN110995096B CN201911190422.9A CN201911190422A CN110995096B CN 110995096 B CN110995096 B CN 110995096B CN 201911190422 A CN201911190422 A CN 201911190422A CN 110995096 B CN110995096 B CN 110995096B
Authority
CN
China
Prior art keywords
winding
suspension force
flux linkage
module
air gap
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911190422.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110995096A (zh
Inventor
朱熀秋
吴明灿
刁小燕
潘伟
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hefei Jiuzhou Longteng Scientific And Technological Achievement Transformation Co ltd
Shandong Aikesuolun Electric Co ltd
Original Assignee
Jiangsu University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University filed Critical Jiangsu University
Priority to CN201911190422.9A priority Critical patent/CN110995096B/zh
Publication of CN110995096A publication Critical patent/CN110995096A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110995096B publication Critical patent/CN110995096B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage
    • H02P21/20—Estimation of torque
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H02N15/00—Holding or levitation devices using magnetic attraction or repulsion, not otherwise provided for
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation
    • H02P27/12—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation pulsing by guiding the flux vector, current vector or voltage vector on a circle or a closed curve, e.g. for direct torque control

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)

Abstract

本发明公开一种无轴承无铁心永磁电机悬浮力预测控制系统，包括径向悬浮力模型预测控制器、悬浮力绕组磁链模型预测控制器和转矩绕组合成气隙磁链模型预测控制器，利用初始观测的悬浮力绕组磁链和转矩绕组合成气隙磁链，经过预测算法算出下一个采样周期内的每个开关状态所对应的电机径向悬浮力大小，并将其与悬浮力指令值一起输入价值函数计算模块，利用价值函数选取最优开关状态的电压矢量输入到下一个控制周期中，完成悬浮力直接控制，悬浮力的控制与优化同时进行，不仅仅避免了由于延时带来的悬浮力脉动和磁链纹波等问题，还解决了无轴承电机传统悬浮力矢量控制存在的参数整定复杂以及控制过程中动态性能不足的问题，提高了悬浮力控制的精度。

Description

一种无轴承无铁心永磁电机悬浮力预测控制系统
技术领域
本发明属于无轴承电机控制领域，涉及一种多变量、非线性、强耦合的无轴承无铁心永磁电机悬浮力预测控制系统，用于对无轴承无铁心永磁电机的悬浮力进行预测控制。
背景技术
无轴承无铁心永磁电机是一种集合了无铁心永磁电机和磁轴承特性的新型电机，它不仅具有效率高、过载能力强、无齿槽转矩、转子损耗低等优点，还具有磁轴承无需润滑、无摩擦和免维护等特点，可实现高速或超高速运行，在化学化工、生命科学、能源交通、航空航天及机器人领域具有潜在应用背景。但由于无轴承无铁心永磁电机本身是多变量、非线性、强耦合的被控对象，使得传统悬浮力控制算法难以满足高精、高速场合的需求，限制了其发展。
传统的无轴承电机悬浮力控制采用矢量控制策略，通过控制悬浮力绕组电流来控制悬浮力绕组磁场，从而间接控制所需悬浮力的大小和方向。这种悬浮力的开环控制，大大限制了悬浮力控制的精度，同时存在着鲁棒性低的缺点。中国专利公开号为CN 205509912U的文献公开了单绕组无轴承电机转矩和悬浮力直接控制器，通过借鉴永磁电机直接转矩控制的思想和方法，构建了一种基于转子位移和悬浮力双闭环的直接悬浮力控制器，摒弃了矢量控制中系统过多依赖电机参数和存在大量矢量坐标变换的缺陷，采用定子磁链定向和瞬时空间矢量理论，直接对电机定子磁链和悬浮力进行控制。但由于采样及数字计算的延迟，使得目标电压矢量总是滞后一个采样周期，造成了磁链及悬浮力的脉动变大。专中国专利公开号为CN106130429A的文献公开的无轴承永磁同步电机预测控制器及构造方法，提出将模型预测思想运用于无轴承电机的控制之中，通过构建预测控制器，预测电机下一时刻的磁链、转矩和悬浮力，减小由于采样和数字计算的延迟造成的控制误差，但由于其仍采用空间矢量调制(SVPWM)来合成所需要的电压矢量，因此在预测过程中需要对无数多个电压矢量进行预测计算，大大增加了系统预测的计算量，在实际应用中难以实现。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有无轴承无铁心永磁电机悬浮力控制中存在的精度差的问题，提出了一种新型无轴承无铁心永磁电机悬浮力预测控制系统，减小因系统采样和数字计算延迟造成的控制误差，提高悬浮力控制精度。同时采用价值函数计算和优化代替SVPWM来选取最优电压矢量驱动逆变器，减小系统预测计算量，提高预测控制系统的实用性。
本发明所述的一种无轴承无铁心永磁电机悬浮力预测控制系统采用的技术方案是：其包括径向悬浮力模型预测控制器、悬浮力绕组磁链模型预测控制器和转矩绕组合成气隙磁链模型预测控制器，所述的径向悬浮力模型预测控制器由径向悬浮力模型预测模块、价值函数计算模块、价值函数在线寻优模块、两电平电压型逆变器以及第一、第二PID调节器组成；所述的悬浮力绕组磁链模型预测控制器由第一坐标变换模块和悬浮力绕组磁链预测模块组成；所述的转矩绕组合成气隙磁链模型预测控制器由转速计算模块、第二坐标变换模块、转矩绕组电流预测模块以及转矩绕组合成气隙磁链预测模块组成；转子位置角θ分别输入至转矩绕组电流预测模块、悬浮力绕组磁链预测模块和转速计算模块中，转速计算模块输出转速wr到悬浮力绕组磁链预测模块中；无轴承无铁心永磁电机的转子实时径向位移值x、y与转子位移指令值x*、y*分别对应地进行比较得到两个位移差值，两个位移差值一一对应地输入到第一、第二PID控制器中，生成的x、y轴悬浮力指令值Fα *、Fβ *，并输入到价值函数计算模块中；无轴承无铁心永磁电机的悬浮力绕组上的电流i2a、i2b、i2c与电压u2a、u2b、u2c输入到第一坐标变换模块中，第一坐标变换模块(9)出悬浮力绕组电流i2d、i2q与电压u2d、u2q，并输入到悬浮力绕组磁链预测模块中；无轴承无铁心永磁电机的转矩绕组上的电流i1a、i1b、i1c与电压u1a、u1b、u1c输入到第二坐标变换模块(10)中，第二坐标变换模块输出转矩绕组电流i1α、i1β与电压u1α、u1β，并输入到转矩绕组合成气隙磁链预测模块中；悬浮力绕组磁链预测模块输出下一时刻k+1的悬浮力绕组磁链预测幅值ψs2(k+1)及相位λk+1，并输入到径向悬浮力模型预测模块中；转矩绕组合成气隙磁链预测模块输出下一时刻k+1的转矩绕组气隙磁链ψs1α(k+1)、ψs1β(k+1)以及转矩绕组合成气隙磁链预测幅值ψm1(k+1)和相位μk+1，并输入到径向悬浮力模型预测模块中；径向悬浮力模型预测模块输出预测的下一时刻k+1的悬浮力预测值Fα(k+1)和Fβ(k+1)，并输入到价值函数计算模块中；价值模块计算根据价值函数
Figure BDA0002293428040000023
产生8个函数值g0～g7，并输入到价值函数寻优模块中，价值函数寻优模块选取8个函数值g0～g7中的最小值并产生与之相对应的逆变器开关状态，并输入两电平电压型逆变器中对无轴承无铁心永磁电机进行悬浮力控制。
进一步地，所述的径向悬浮力模型预测模块根据式
Figure BDA0002293428040000021
得到下一时刻k+1的值Fα(k+1)和Fβ(k+1)，
Figure BDA0002293428040000022
p1、p2分别为转矩绕组磁场与悬浮力绕组磁场等效极对数；l为电机转子铁心有效长度；r为转子半径；n1、n2为转矩绕组和悬浮力绕组每相串联的有效匝数；μ0为空气磁导率。
进一步地，转矩绕组合成气隙磁链预测模块将输出的下一时刻k+1的转矩绕组气隙磁链ψs1α(k+1)、ψs1β(k+1)以及转矩绕组合成气隙磁链预测幅值ψm1(k+1)和相位μk+1输入至转矩绕组电流预测模块中；转矩绕组电流预测模块输出下一时刻k+1的转矩绕组电流预测值i1α(k+1)、i1β(k+1)，并输入到转矩绕组合成气隙磁链预测模块中。
本发明采用上述技术方案后的优点在于：
1、本发明采用有限集模型的思想，利用初始观测的悬浮力绕组磁链和转矩绕组合成气隙磁链，经过预测算法算出下一个采样周期内的每个开关状态所对应的电机径向悬浮力大小，并将其与悬浮力指令值一起输入价值函数计算模块，利用价值函数选取最优开关状态的电压矢量输入到下一个控制周期中，完成悬浮力直接控制，悬浮力的控制与优化同时进行，不仅仅避免了由于延时带来的悬浮力脉动和磁链纹波等问题，还解决了无轴承电机传统悬浮力矢量控制存在的参数整定复杂以及控制过程中动态性能不足的问题。
2、本发明将一个采样周期的每个开关状态悬浮力预测值与悬浮力指令值进行价值函数计算，通过对价值函数值进行评估，选取价值函数值的电压矢量作为最优矢量输出，输出最优控制的开关状态直接驱动电压型逆变器，解决了传统悬浮力矢量控制中采用空间矢量调制(SVPWM)技术来合成所需要的电压矢量所引起的计算量过大的问题，简化了整个悬浮力控制系统的结构，同时价值函数值的最优选取，还提高了悬浮力控制的精度。
附图说明
图1是本发明一种无轴承无铁心永磁电机悬浮力预测控制系统的结构框图；
图2是图1中悬浮力绕组磁链预测模块6的构造原理图；
图3是图1中转矩绕组电流预测模块8的构造原理图；
图4是图1中转矩绕组合成气隙磁链预测模块7的构造原理图；
图5是图1中径向悬浮力模型预测模块3的构造原理图；
图6是图1中价值函数计算模块4的构造原理图；
图中：1.第一PID控制器；2.第二PID控制器；3.径向悬浮力模型预测模块；4.价值函数计算模块；5.价值函数在线寻优模块；6.悬浮力绕组磁链预测模块；7.转矩绕组合成气隙磁链预测模块；8.转矩绕组电流预测模块；9.第一坐标变换模块；10.第二坐标变换模块；11.无轴承无铁心永磁电机；12.光电编码器；13.转矩控制系统14.两电平电压型逆变器；15.转速计算模块；16、17.电涡流传感器；18.径向悬浮力模型预测控制器；19.悬浮力绕组磁链模型预测控制器；20.转矩绕组合成气隙磁链模型预测控制器。
具体实施方式
参见图1，本发明无轴承无铁心永磁电机悬浮力预测控制系统由一个转矩控制系统13和三个模型预测控制器组成，其中的三个模型预测控制器分别为径向悬浮力模型预测控制器18、悬浮力绕组磁链模型预测控制器19以及转矩绕组合成气隙磁链模型预测控制器20。转矩控制系统13采用常规的转矩控制器以及控制方法。
径向悬浮力模型预测控制器18由径向悬浮力模型预测模块3、价值函数计算模块4、价值函数在线寻优模块5、两电平电压型逆变器14以及第一、第二PID调节器1、2组成；悬浮力绕组磁链模型预测控制器19由第一坐标变换模块9和悬浮力绕组磁链预测模块6组成；转矩绕组合成气隙磁链模型预测控制器20由转速计算模块15、第二坐标变换模块10、转矩绕组电流预测模块8以及转矩绕组合成气隙磁链预测模块7组成。
采用光电编码器12检测无轴承无铁心永磁电机(BIPMM)11的转子位置角θ，转子位置角θ分别输入至转矩绕组电流预测模块8、悬浮力绕组磁链预测模块6和转速计算模块15中，转子位置角θ经转速计算模块15计算得转速wr，转速计算模块15的输出端连接悬浮力绕组磁链预测模块6，转速wr输入至悬浮力绕组磁链预测模块6中。
采用电涡流位移传感器17和电涡流位移传感器16分别检测无轴承无铁心永磁电机11的转子在x轴与y轴方向上的实时径向位移值x、y，将实时径向位移值x、y与转子位移指令值x*、y*分别对应地进行比较得到两个位移差值，将两个位移差值一一对应地输入到第一、第二PID控制器1、2中，经PID控制器后生成x轴悬浮力指令值Fα *、y轴悬浮力指令值Fβ *。第一、第二PID控制器1、2的输出端连接价值函数计算模块4的输入端，x轴悬浮力指令值Fα *、y轴悬浮力指令值Fβ *输入至价值函数计算模块4中。
无轴承无铁心永磁电机11的悬浮力绕组上的电流i2a、i2b、i2c与电压u2a、u2b、u2c输入到第一坐标变换模块9中，第一坐标变换模块9的输出端连接悬浮力绕组磁链预测模块6的输入端。第一坐标变换模块9对输入信号进行处理，生成d-q坐标系下的悬浮力绕组电流i2d、i2q与电压u2d、u2q。
无轴承无铁心永磁电机11的转矩绕组上的电流i1a、i1b、i1c与电压u1a、u1b、u1c输入到第二坐标变换模块10中，第二坐标变换模块10的输出端连接转矩绕组合成气隙磁链预测模块7的输入端。第二坐标变换模块10对输入信号进行处理，生成α-β坐标系下的电流i1α、i1β与电压u1α、u1β并输入至转矩绕组合成气隙磁链预测模块7中。
其中，第一坐标变换模块9输出的悬浮力绕组电流i2d、i2q与电压u2d、u2q信号输入到悬浮力绕组磁链预测模块6中，悬浮力绕组磁链预测模块6对输入的悬浮力绕组电流i2d、i2q、电压u2d、u2q以及转速wr、转子位置角θ进行处理，得到下一时刻k+1的悬浮力绕组磁链预测幅值ψs2(k+1)及相位λk+1，并将悬浮力绕组磁链预测幅值ψs2(k+1)及相位λk+1输入到径向悬浮力模型预测模块3中。
转矩绕组合成气隙磁链预测模块7输出α-β坐标系下的下一时刻k+1的转矩绕组气隙磁链ψs1α(k+1)、ψs1β(k+1)以及转矩绕组合成气隙磁链预测幅值ψm1(k+1)和相位μk+1，并将转矩绕组气隙磁链ψs1α(k+1)、ψs1β(k+1)输入至转矩绕组电流预测模块8中，将转矩绕组合成气隙磁链预测幅值ψm1(k+1)和相位μk+1输入至径向悬浮力模型预测模块3中。
将检测到的转子磁链ψf输入至转矩绕组电流预测模块8中，转矩绕组电流预测模块8输出α-β坐标系下的下一时刻k+1的转矩绕组电流预测值i1α(k+1)、i1β(k+1)，再将转矩绕组电流预测值i1α(k+1)、i1β(k+1)输入至转矩绕组合成气隙磁链预测模块7中。
由于输入径向悬浮力模型预测模块3中的输入值都为预测的下一时刻k+1的数值，则径向悬浮力模型预测模块3实时输出的也为预测的下一时刻k+1的悬浮力预测值Fα(k+1)和Fβ(k+1)，径向悬浮力模型预测模块3将其输出的悬浮力预测值Fα(k+1)、Fβ(k+1)输入至价值函数计算模块4中。
悬浮力预测控制的思想是递推出有限个开关状态作用下的无轴承无铁心永磁电机11的未来悬浮力的幅值，对于两电平电压型逆变器14，共存在8种开关状态，对应着8个基本电压矢量V0～V7。在一个采样周期内，将8个电压矢量对应的悬浮力预测值Fα(k+1)和Fβ(k+1)与悬浮力指令值Fα *和Fβ *输入到价值模块计算4中。价值模块计算4中的价值函数是通过对每种开关状态的响应进行评估，价值模块计算4根据价值函数
Figure BDA0002293428040000051
产生8个函数值g0～g7，输入到价值函数寻优模块5。价值函数寻优模块5是评估出控制效果最优的开关状态，通过选取8个函数值g0～g7中的最小值并产生与之相对应的逆变器开关状态S2a，S2b，S2c，输入两电平电压型逆变器14，完成对无轴承无铁心永磁电机11的悬浮力控制。
转矩控制系统13采用传统的id＝0的转子磁场定向控制，以完成无轴承无铁心永磁电机转矩11的输出。
如图2所示，无轴承无铁心永磁电机11的转子位置角θ、转速计算模块15输出的转速wr以及第一坐标变换模块9输出的悬浮力绕组电流i2d、i2q与电压u2d、u2q信号均输入到悬浮力绕组磁链预测模块6中。悬浮力绕组磁链预测模块6根据悬浮力绕组电压方程
Figure BDA0002293428040000061
选取悬浮力绕组磁链作为状态变量，可得悬浮力绕组磁链预测模型ψs2,dq(k+1)＝(I-DTs)ψs2,dq+Tsus2,dq，则其磁链预测的下一时刻k+1的幅值和相位可表示为
Figure BDA0002293428040000062
其中ψs2d、ψs2q为当前时刻k的悬浮力绕组气隙磁链；ψs2d(k+1)、ψs2q(k+1)为下一时刻k+1的悬浮力绕组气隙磁链；u2,dq为当前时刻k的悬浮力绕组电压；Rs2为悬浮力绕组电阻；L2d、L2q为悬浮力绕组交直轴电感；wr为转子转速；p为微分算子；TS为一个采样周期时间；θ为转子位置角；I为单位矩阵；
Figure BDA0002293428040000063
在d-q坐标系下悬浮力绕组的气隙磁链ψs2,dq＝[ψs2d ψs2q]T；在d-q坐标系下的悬浮力绕组电压u2,dq＝[u2du2q]T。
如图3所示，转矩绕组电流预测模块8根据转矩绕组在α-β坐标系下的电流与磁链的关系
Figure BDA0002293428040000064
选取转矩绕组电流作为状态变量，则转矩绕组在α-β坐标的下一时刻k+1的电流为i1,αβ(k+1)＝[E(ψs1,αβ(k+1)-ψf,αβ(k+1))]，其中
Figure BDA0002293428040000065
L1d、L1q为转矩绕组交直轴电感；ψf为转子磁链；ψf,αβ(k+1)为在α-β坐标系下的下一时刻k+1的转子磁链；θ为转子位置角；ψs1,αβ(k+1)为在α-β坐标系下的下一时刻的转矩绕组气隙磁链。
如图4所示，转矩绕组合成气隙磁链预测模块7根据转矩绕组定子磁链在α-β坐标系下的表达式
Figure BDA0002293428040000066
得到模型
Figure BDA0002293428040000067
考虑转矩绕组漏感为L1δ，则该模型可表示为
Figure BDA0002293428040000071
则其磁链预测幅值和相位可表示为
Figure BDA0002293428040000072
其中u1α、u1β为在α-β坐标下的转矩绕组电压；RS1为转矩绕组的电阻；Ts为一个采样周期；ψs1α、ψs1β为在α-β坐标下的当前时刻的转矩绕组气隙磁链；ψs1α(k+1)、ψs1β(k+1)为在α-β坐标下的下一时刻k+1的转矩绕组气隙磁链；i1α、i1β为在α-β坐标下的转矩绕组当前时刻k的电流；i1α(k+1)、i1β(k+1)为在α-β坐标下的转矩绕组下一时刻k+1的电流；ψm1α(k+1)、ψm1β(k+1)在α-β坐标下的下一时刻k+1的转矩绕组合成气隙磁链。
如图5所示，由于输入径向悬浮力模型预测模块3的磁链均为预测的下一时刻k+1的悬浮力绕组磁链幅值ψs2(k+1)和相位λk+1、转矩绕组合成气隙磁链幅值ψm1(k+1)和相位μk+1，所以径向悬浮力模型预测模块3输出的悬浮力的值也为预测的下一时刻k+1的值Fα(k+1)和Fβ(k+1)，表达式为
Figure BDA0002293428040000073
其中KM的表达式为：
Figure BDA0002293428040000074
式中：p1、p2分别为转矩绕组磁场与悬浮力绕组磁场等效极对数；l为电机转子铁心有效长度；r为转子半径；n1、n2为转矩绕组和悬浮力绕组每相串联的有效匝数；μ0为空气磁导率。
如图6所示，价值函数计算模块4将径向悬浮力预测值Fα(k+1)、Fβ(k+1)与悬浮力指令值Fα *、Fβ *作为输入，构建价值函数
Figure BDA0002293428040000075
输出8个函数值g0～g7。
两电平电压型逆变器有8种开关状态对应着8种电压矢量。在一个采样周期内，将8个电压矢量对应的悬浮力预测值与指令值输入到价值模块计算4，产生的8个函数值g0～g7，输入到滚动优化模块5。滚动优化模块5作用是：选取最小价值函数值g并产生与之相对应的逆变器开关状态S2a，S2b，S2c输入两电平电压型逆变器14，完成无轴承无铁心永磁电机的悬浮力控制。
根据以上所述，便可实现本发明。

Claims (5)

1.一种无轴承无铁心永磁电机悬浮力预测控制系统，包括径向悬浮力模型预测控制器(18)、悬浮力绕组磁链模型预测控制器(19)和转矩绕组合成气隙磁链模型预测控制器(20)，其特征是：所述的径向悬浮力模型预测控制器(18)由径向悬浮力模型预测模块(3)、价值函数计算模块(4)、价值函数在线寻优模块(5)、两电平电压型逆变器(14)以及第一、第二PID调节器(1、2)组成；所述的悬浮力绕组磁链模型预测控制器(19)由第一坐标变换模块(9)和悬浮力绕组磁链预测模块(6)组成；所述的转矩绕组合成气隙磁链模型预测控制器(20)由转速计算模块(15)、第二坐标变换模块(10)、转矩绕组电流预测模块(8)以及转矩绕组合成气隙磁链预测模块(7)组成；转子位置角θ分别输入至转矩绕组电流预测模块(8)、悬浮力绕组磁链预测模块(6)和转速计算模块(15)中，转矩绕组合成气隙磁链预测模块(7)将输出的下一时刻k+1的转矩绕组气隙磁链ψs1α(k+1)、ψs1β(k+1)以及转矩绕组合成气隙磁链预测幅值ψm1(k+1)和相位μk+1输入至转矩绕组电流预测模块(8)中；转矩绕组电流预测模块(8)输出下一时刻k+1的转矩绕组电流预测值i1α(k+1)、i1β(k+1)，并输入到转矩绕组合成气隙磁链预测模块(7)中；转速计算模块(15)输出转速wr到悬浮力绕组磁链预测模块(6)中；无轴承无铁心永磁电机的转子实时径向位移值x、y与转子位移指令值x*、y*分别对应地进行比较得到两个位移差值，两个位移差值一一对应地输入到第一、第二PID控制器(1、2)中，生成的x、y轴悬浮力指令值Fα *、Fβ *，并输入到价值函数计算模块(4)中；无轴承无铁心永磁电机的悬浮力绕组上的电流i2a、i2b、i2c与电压u2a、u2b、u2c输入到第一坐标变换模块(9)中，第一坐标变换模块(9)输出悬浮力绕组电流i2d、i2q与电压u2d、u2q，并输入到悬浮力绕组磁链预测模块(6)中；无轴承无铁心永磁电机的转矩绕组上的电流i1a、i1b、i1c与电压u1a、u1b、u1c输入到第二坐标变换模块(10)中，第二坐标变换模块(10)输出转矩绕组电流i1α、i1β与电压u1α、u1β，并输入到转矩绕组合成气隙磁链预测模块(7)中；悬浮力绕组磁链预测模块(6)输出下一时刻k+1的悬浮力绕组磁链预测幅值ψs2(k+1)及相位λk+1，并输入到径向悬浮力模型预测模块(3)中；转矩绕组合成气隙磁链预测模块(7)输出下一时刻k+1的转矩绕组气隙磁链ψs1α(k+1)、ψs1β(k+1)以及转矩绕组合成气隙磁链预测幅值ψm1(k+1)和相位μk+1，并输入到径向悬浮力模型预测模块(3)中；径向悬浮力模型预测模块(3)输出预测的下一时刻k+1的悬浮力预测值Fα(k+1)和Fβ(k+1)，并输入到价值函数计算模块(4)中；价值模块计算(4)根据价值函数
Figure FDA0003016290270000011
产生8个函数值g0～g7，并输入到价值函数寻优模块(5)中，价值函数寻优模块(5)选取8个函数值g0～g7中的最小值并产生与之相对应的逆变器开关状态，并输入两电平电压型逆变器(14)中对无轴承无铁心永磁电机进行悬浮力控制。
2.根据权利要求1所述的一种无轴承无铁心永磁电机悬浮力预测控制系统，其特征是：径向悬浮力模型预测模块(3)根据式
Figure FDA0003016290270000021
得到下一时刻k+1的值Fα(k+1)和Fβ(k+1)，
Figure FDA0003016290270000022
p1、p2分别为转矩绕组磁场与悬浮力绕组磁场等效极对数；l为电机转子铁心有效长度；r为转子半径；n1、n2为转矩绕组和悬浮力绕组每相串联的有效匝数；μ0为空气磁导率。
3.根据权利要求1所述的一种无轴承无铁心永磁电机悬浮力预测控制系统，其特征是：悬浮力绕组磁链预测模块(6)根据式
Figure FDA0003016290270000023
和ψs2,dq(k+1)＝(I-DTs)ψs2,dq+Tsus2,dq得悬浮力绕组磁链预测幅值ψs2(k+1)及相位λk+1：
Figure FDA0003016290270000024
ψs2d、ψs2q为当前时刻k的悬浮力绕组气隙磁链；ψs2d(k+1)、ψs2q(k+1)为下一时刻k+1的悬浮力绕组气隙磁链；u2,dq为当前时刻k的悬浮力绕组电压；Rs2为悬浮力绕组电阻；L2d、L2q为悬浮力绕组交直轴电感；wr为转子转速；p为微分算子；TS为一个采样周期时间；θ为转子位置角；I为单位矩阵；
Figure FDA0003016290270000025
在d-q坐标系下悬浮力绕组的气隙磁链ψs2,dq＝[ψs2d ψs2q]T；在d-q坐标系下的悬浮力绕组电压u2,dq＝[u2d u2q]T。
4.根据权利要求1所述的一种无轴承无铁心永磁电机悬浮力预测控制系统，其特征是：转矩绕组电流预测模块(8)根据式
Figure FDA0003016290270000026
得到转矩绕组电流预测值i1α(k+1)、i1β(k+1)为：i1,αβ(k+1)＝[E(ψs1,αβ(k+1)-ψf,αβ(k+1))]，
Figure FDA0003016290270000031
L1d、L1q为转矩绕组交直轴电感；ψf为转子磁链；ψf,αβ(k+1)为在α-β坐标系下的下一时刻k+1的转子磁链；θ为转子位置角；ψs1,αβ(k+1)为在α-β坐标系下的下一时刻的转矩绕组气隙磁链。
5.根据权利要求1所述的一种无轴承无铁心永磁电机悬浮力预测控制系统，其特征是：转矩绕组合成气隙磁链预测模块(7)根据式
Figure FDA0003016290270000032
得到
Figure FDA0003016290270000033
和
Figure FDA0003016290270000034
u1α、u1β为在α-β坐标下的转矩绕组电压；RS1为转矩绕组的电阻；Ts为一个采样周期；ψs1α、ψs1β为在α-β坐标下的当前时刻的转矩绕组气隙磁链；ψs1α(k+1)、ψs1β(k+1)为在α-β坐标下的下一时刻k+1的转矩绕组气隙磁链；i1α、i1β为在α-β坐标下的转矩绕组当前时刻k的电流；i1α(k+1)、i1β(k+1)为在α-β坐标下的转矩绕组下一时刻k+1的电流；ψm1α(k+1)、ψm1β(k+1)为在α-β坐标下的下一时刻k+1的转矩绕组合成气隙磁链，L1δα、L1δβ为在α-β坐标系下的转矩绕组漏感。
CN201911190422.9A 2019-11-28 2019-11-28 一种无轴承无铁心永磁电机悬浮力预测控制系统 Active CN110995096B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911190422.9A CN110995096B (zh) 2019-11-28 2019-11-28 一种无轴承无铁心永磁电机悬浮力预测控制系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911190422.9A CN110995096B (zh) 2019-11-28 2019-11-28 一种无轴承无铁心永磁电机悬浮力预测控制系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110995096A CN110995096A (zh) 2020-04-10
CN110995096B true CN110995096B (zh) 2021-06-22

Family

ID=70087777

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911190422.9A Active CN110995096B (zh) 2019-11-28 2019-11-28 一种无轴承无铁心永磁电机悬浮力预测控制系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110995096B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112511055B (zh) * 2020-10-21 2022-02-22 南京航空航天大学 一种集中绕组无轴承交替极电机的减小悬浮力脉动的方法
CN112311287A (zh) * 2020-10-28 2021-02-02 江苏大学 一种无轴承无铁心永磁电机悬浮力模型预测控制系统

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010017040A (ja) * 2008-07-04 2010-01-21 Tokyo Univ Of Science 磁気支持制御回路、該磁気支持制御回路を搭載したベアリングレスモータ及びベアリングレスモータ制御システム
CN201374678Y (zh) * 2009-02-11 2009-12-30 江苏大学 无轴承永磁同步电机的控制器
CN102510253B (zh) * 2011-11-07 2014-06-25 江苏大学 一种无轴承同步磁阻电机无传感器控制器及其控制方法
CN106130429B (zh) * 2016-08-22 2019-03-05 江苏大学 无轴承永磁同步电机预测控制器及构造方法
CN106330041B (zh) * 2016-09-13 2018-11-09 江苏大学 基于磁链观测的混合励磁式无轴承发电机直接预测控制器
CN109217761A (zh) * 2018-09-26 2019-01-15 河南科技大学 电流控制型无轴承异步电机的逆动态解耦滑模控制系统
CN110176890B (zh) * 2019-05-06 2020-10-27 浙江大学 基于无感混合储能系统的无刷直流电机制动转矩控制方法
CN110266231A (zh) * 2019-05-24 2019-09-20 江苏大学 基于模型预测的无轴承异步电机直接悬浮力控制方法
CN110380658A (zh) * 2019-06-27 2019-10-25 江苏大学 一种无轴承磁通切换永磁电机转子偏心位移补偿控制器

Also Published As

Publication number Publication date
CN110995096A (zh) 2020-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107482976A (zh) 用于永磁同步电机的失磁故障容错预测控制方法及装置
CN103746624B (zh) 基于模型预测的双凸极永磁同步电机的电流控制方法
CN110995096B (zh) 一种无轴承无铁心永磁电机悬浮力预测控制系统
CN109217766B (zh) 无轴承异步电机的独立逆解耦控制系统
CN108258946A (zh) 一种永磁同步直线电机的无速度传感器控制方法
CN111800050B (zh) 一种基于电压矢量筛选与优化的永磁同步电机三矢量模型预测转矩控制方法
CN105406784A (zh) 单绕组无轴承电机转矩和悬浮力直接控制器及构造方法
CN106330038A (zh) 一种基于自适应增益滑模观测器的pmlsm无传感器控制方法
CN104852658B (zh) 两相静止坐标系下永磁同步电机解耦矢量控制装置及方法
CN103414428B (zh) 无轴承同步磁阻电机转子偏心位移控制器及其构造方法
CN106130429B (zh) 无轴承永磁同步电机预测控制器及构造方法
CN102790580B (zh) 无轴承异步电机支持向量机逆解耦控制器的构造方法
CN206640528U (zh) 永磁同步电机无权值模型预测转矩控制系统
CN102510253A (zh) 一种无轴承同步磁阻电机无传感器控制器及其控制方法
CN205509912U (zh) 单绕组无轴承电机转矩和悬浮力直接控制器
CN114337426A (zh) 一种d-q轴静止坐标系下永磁同步电机偏差解耦控制方法
CN101383573B (zh) 永磁型无轴承电机直接悬浮力控制方法
CN112311287A (zh) 一种无轴承无铁心永磁电机悬浮力模型预测控制系统
CN103427754A (zh) 无轴承异步电机转子径向位移直接控制器
CN104201966A (zh) 一种三相单绕组无轴承电机的驱动控制方法
CN115085609B (zh) 一种单绕组磁悬浮电机滑模系统控制方法
CN102790579B (zh) 一种五自由度无轴承永磁同步电机解耦控制器的构造方法
Zhu et al. Direct control of bearingless permanent magnet synchronous motor based on prediction model
CN114400935B (zh) 基于快速有限时间控制的感应电机复合控制方法
Zhang et al. Fast Response Sliding Mode Linear Speed Control of a Magnetic Screw Motor Based on Feedforward Compensation Strategy

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20230627

Address after: No. 6, Jiafeng Road, Jining Economic Development Zone, Shandong Province 272000

Patentee after: SHANDONG AIKESUOLUN ELECTRIC Co.,Ltd.

Address before: 230000 Room 203, building 2, phase I, e-commerce Park, Jinggang Road, Shushan Economic Development Zone, Hefei City, Anhui Province

Patentee before: Hefei Jiuzhou Longteng scientific and technological achievement transformation Co.,Ltd.

Effective date of registration: 20230627

Address after: 230000 Room 203, building 2, phase I, e-commerce Park, Jinggang Road, Shushan Economic Development Zone, Hefei City, Anhui Province

Patentee after: Hefei Jiuzhou Longteng scientific and technological achievement transformation Co.,Ltd.

Address before: Zhenjiang City, Jiangsu Province, 212013 Jingkou District Road No. 301

Patentee before: JIANGSU University

TR01 Transfer of patent right